氧化铝包覆的钛酸锂的制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及锂电池材料领域，特别地，涉及一种氧化铝包覆的钛酸锂的制备方法。
【背景技术】
[0002] 锂离子电池，又称摇椅电池，通过锂离子在正负极材料之间的脱嵌，形成能量的储 存和释放。锂离子电池具有重量轻、容量大、无记忆效应、绿色环保等优点，现在的许多数码 设备都采用了锂离子电池作为电源。锂离子电池中，正极材料、负极材料和电解液是影响 锂离子电池性能的主要方面。目前，锂离子电池负极研宄开发工作主要集中在碳材料和具 有特殊结构的金属氧化物。因为石墨负极导电性好，结晶度高，具有合适的锂离子嵌入脱出 的层状结构。所以商业化生产上应用范围最广的是石墨负极。但由于石墨负极在第一次充 放电时，会在其表面形成一层固体电解液中间相（SEI，钝化膜），造成部分容量的不可逆损 失，并且，由于石墨电极电位与锂金属的电位很接近，充电时，金属锂容易在石墨负极表面 析出，形成金属枝晶，造成安全问题。
[0003] 尖晶石型钛酸锂是一种日益受到重视的锂离子电池负极材料。相对于石墨负极， 它的优点是：1.充放电过程中不会形成SEI膜，不会因此造成不可逆容量损失；2.充放电 过程中体积不发生变化，循环寿命极优；3.具有理想的充放电平台，充放电结束时有明显 的电压突变特性；4.具有较高的Ti4+/Ti3+(1.55VvsLi+/Li)氧化还原电势，不会形成锂金 属枝晶；5.原料来源广，清洁环保，成本低。因而，钛酸锂是极具有发展前景的负极材料。然 而，钛酸锂负极材料在电池的制备过程中却存在胀气问题，严重影响了电池的容量和循环 性能。
【发明内容】
[0004] 本发明目的在于提供一种氧化铝包覆的钛酸锂的制备方法，以解决钛酸锂在电池 的制备过程中胀气问题的技术问题。
[0005] 为实现上述目的，本发明提供了一种氧化铝包覆的钛酸锂的制备方法，包括以下 步骤：
[0006] 1)将铝盐、钛酸锂、第一醇类溶剂和分散剂混合反应，真空干燥，得到铝盐包覆的 钛酸锂前驱体；钛酸锂与第一醇类溶剂的质量比为1:0. 5~1:4。
[0007] 2)将铝盐包覆的钛酸锂前驱体烧结冷却，得到氧化铝包覆的钛酸锂。
[0008] 进一步地，步骤1)中，
[0009] 将铝盐加入第二醇类溶剂中进行砂磨得到铝盐醇类溶液。
[0010] 将铝盐醇类溶液加入钛酸锂、第一醇类溶剂和分散剂混合得到的钛酸锂悬浮液， 钛酸锂悬浮液真空干燥，得到铝盐包覆的钛酸锂前驱体。
[0011] 进一步地，铝盐和第二醇类溶剂的质量比为1:40~1:4。
[0012] 进一步地，钛酸锂的粒径为6~30微米，错盐的粒径为0. 2~0. 6微米。
[0013] 进一步地，铝盐和钛酸锂的质量比为0.025~0. 1:1。
[0014] 进一步地，分散剂与钛酸锂的质量比为0. 002~0. 01:1，分散剂为聚甲基丙烯酸 铵、硬脂酰胺和六甲基二硅氮烷中的至少一种。
[0015] 进一步地，步骤1)中反应的时间为30~60分钟，步骤2)中烧结温度为300~ 600°C，烧结时间为10~30小时。
[0016] 进一步地，步骤1)中，真空干燥的压力为0? 4~0? 8MPa，温度为50~90°C。
[0017] 进一步地，铝盐为A1C13、Al2 (SO4) 3、A1P04、Al(NO3) 3、A1F3、Al2S3和Al(C3H70) 3中的 至少一种，第一醇类溶剂和第二醇类溶剂分别选自乙醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇、正己醇、 环己醇、乙二醇、1，2-丙二醇、1，3-丙二醇、1，3- 丁二醇、丙三醇中的一种。
[0018] 进一步地，铝盐为异丙醇铝，第一醇类溶剂和第二醇类溶剂均为乙醇。
[0019] 本发明具有以下有益效果：铝盐在第一醇类溶剂和分散剂作用下和钛酸锂充分 混合均匀，钛酸锂表面形成的氧化铝膜厚度适中，均匀、粒径小，使得制备的氧化铝包覆的 钛酸锂降低了钛酸锂的吸水性，降低了Ti-O键对电解液的分解作用，使得其在过电位的情 况下也不会与电解液反应，从而改善钛酸锂电池的胀气问题。
[0020] 除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。 下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。
【附图说明】
[0021] 构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实 施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
[0022] 图1是本发明优选实施例的氧化铝包覆的钛酸锂的制备方法的流程图；
[0023] 图2是本发明优选实施例的砂磨机结构示意图；
[0024] 图3是本发明优选实施例的多功能包覆混合机的结构示意图；
[0025] 图4是实施例1的钛酸锂的SEM图；
[0026] 图5是实施例1的氧化铝包覆的钛酸锂的SEM图；
[0027] 图6是实施例1的氧化铝包覆的钛酸锂进行EDS能谱元素分析的扫描范围示意 图；图7是图6中扫描范围内的EDS能谱元素分析结果图；
[0028] 图8是实施例2的钛酸锂的粒度分布图；
[0029] 图9是实施例2的氧化铝包覆的钛酸锂的粒度分布图；
[0030] 图10是实施例4的钛酸锂的首次充放电循环曲线图；
[0031] 图11是实施例4的钛酸锂的倍率检测曲线图；
[0032] 图12是实施例4的氧化铝包覆的钛酸锂的首次充放电循环曲线图；
[0033] 图13是实施例4的氧化铝包覆的钛酸锂的倍率检测曲线图；
[0034] 图14是实施例5的钛酸锂和氧化铝包覆的钛酸锂的循环性能检测数据图。
[0035] 附图标记说明：11、第一储液罐；12、第二储液罐；13、气动隔膜泵；14、砂磨主机； 15、主机冷却塔；16、气动阀门；21、搅拌罐；23、冷凝器；24、接受罐。
【具体实施方式】
[0036] 以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定 和覆盖的多种不同方式实施。
[0037] 参照图1，本发明的优选实施例提供了一种氧化铝包覆的钛酸锂的制备方法，包括 以下步骤：
[0038] S102:将铝盐、钛酸锂、第一醇类溶剂和分散剂混合反应，真空干燥，得到铝盐包覆 的钛酸锂前驱体；钛酸锂与第一醇类溶剂的质量比为1:0. 5~1:4。
[0039] S104 :将铝盐包覆的钛酸锂前驱体烧结冷却，得到氧化铝包覆的钛酸锂。
[0040] 混合过程中，第一醇类溶剂作为分散介质，能促进铝盐和钛酸锂分散，避免团聚， 并且使得铝盐和钛酸锂充分接触，加快反应速度。由于醇类溶剂沸点较低，在真空干燥的过 程中，挥发较快，因而可减少真空干燥的时间，并且可回收重复利用，降低工业成本。
[0041] 钛酸锂与第一醇类溶剂的质量比决定钛酸锂的浓度，最终影响反应速度和反应效 果。当钛酸锂与第一醇类溶剂的质量比小于1:0. 5时，钛酸锂分散不充分，出现团聚现象， 导致反应的产率较低，当钛酸锂与第一醇类溶剂的质量比大于1:4时，钛酸锂的溶度过低， 造成反应速度减慢，并且造成第一醇类溶剂浪费。
[0042] 铝盐在分散剂作用下，在第一醇类溶剂中分散均匀，并和钛酸锂充分接触，混合均 匀，搅拌下反应较为平稳。铝盐、钛酸锂、第一醇类溶剂和分散剂可直接加入多功能包覆混 合机中混合，完成搅拌反应后，进行真空干燥。
[0043] 上述的氧化铝包覆的钛酸锂的制备方法，采用第一醇类溶剂作为溶剂，通过真空 干燥即可获得铝盐包覆的钛酸锂前驱体，继而得到氧化铝包覆的钛酸锂。制备工艺简单，操 作简便